JP6799758B2 - 接合構造 - Google Patents

Description

本開示は、レーザまたはアーク、プラズマを熱源として一種類以上の異種材を同種系金属材にて挟む接合構造に関する。

近年、自動車をはじめとする輸送機器のグローバル化により生産量が増加することで、製品一台当たりのトータルコスト低減、特に生産時間短縮による生産性向上に対する要望が高まってきている。

また、地球温暖化防止のためＣＯ２排出規制要求がグローバルで強く求められており、自動車業界をはじめとする輸送業界ではこの要求に応えるために燃費改善への取り組みが加速している。この燃費改善に対する具体的な取り組みとして、車両の重量の軽量化が求められており軽量素材の使用割合を増加させる検討が進められている。

このような要望が求められている中、自動車等の輸送機器に用いられている溶接方法として、スポット溶接が広く普及している。しかしながら、抵抗溶接であるスポット溶接は、スポット溶接を行うスポット用の溶接ガンである上下の電極で材料を加圧して溶接材料間の間隙を無くして上下の電極間を通電することで溶接する必要がある。このため、片側溶接には適しておらず、溶接箇所がスポット用の溶接ガンにより上下方向から挟める形状である等、製品形状に制約が発生する。また、溶接箇所を加圧するためには、スポット用の溶接ガンが、溶接材の上下に入り込むスペースが必要である。また、スポット用の溶接ガン自体の重量が重いため、スポット用の溶接ガンの移動速度が遅く、溶接位置に到着しても加圧時間が必要であり、溶接後も冷却時間を確保しなければならず、溶接以外にも多くの時間が必要である。

また、自動車に用いられる材料の軽量化に対しては、部品の一部を鋼からアルミニウム等の軽金属材料に変更する検討が進んでおり、軽金属材料と鋼を接合する技術及び構造が求められている。

従来の異材接合用部材として、リベットを用いたスポット溶接や接着剤を使用した接合等が挙げられる。例えば特許文献１では、リベットとリベット材質と同種の接合材に挟まれた異種材の加圧及びスポット溶接時の溶接熱による異種材の塑性流動を吸収するリベット形状及びかしめ及びスポット溶接方法が知られている。かしめ時およびスポット溶接時に異種材料の一部が変形して移動するスペースの確保及びスポット溶接時の電極の位置ズレ等による異種材の陥没等を防いで締結力低下の抑制が可能である。

特開２０１５−４２４１７号公報

本開示に係る接合構造は、第１の突起部を有する第１の同種系金属材と、第１の突起部の径または幅より大きく第１の突起部と対となる第１の貫通部が設けられ、第１の同種系金属材と互いに溶接が可能な第２の同種系金属材と、第１の同種系金属材および第２の同種系金属材に対して溶接が困難で、第１の突起部の径または幅より大きく径方向また幅方向に第１のギャップを有する第２の貫通部が設けられた異種材とを備える。第１の同種系金属材の第１の突起部は、異種材の材質に応じた第１のギャップを有する異種材の第２の貫通部に対して挿入され、さらに第２の同種系金属材の第１の貫通部に対して挿入され、異種材は第１の同種系金属材と第２の同種系金属材に挟まれる。第１の同種系金属材の第１の突起部の外縁部と第２の同種系金属材の第１の貫通部の内縁部とが溶接され、第１の同種系金属材と第２の同種系金属材とが互いに溶融結合して異種材が圧縮固定されることにより、第１の同種系金属材および第２の同種系金属材と異種材とが固定されている。

図１は、本開示の実施の形態１におけるレーザ溶接時の接合構造を説明するための図である。 図２は、本開示の実施の形態１におけるレーザ溶接時の接合構造を説明するための図である。 図３は、本開示の実施の形態１におけるレーザ溶接時の接合構造を説明するための図である。 図４は、本開示の実施の形態１におけるレーザ溶接時の接合構造を説明するための図である。 図５は、本開示の実施の形態１における、異種材としての第２の材料２の材質と第１のギャップ６との関係を測定した結果を表すグラフを示す図である。 図６は、本開示の実施の形態１におけるレーザ溶接時の接合状況を説明するための斜視図である。 図７は、本開示の実施の形態１におけるレーザ溶接時の接合状況を説明するための斜視図である。 図８は、本開示の実施の形態１におけるレーザ溶接時の接合状況を説明するための斜視図である。 図９は、本開示の実施の形態１におけるアーク溶接時の接合構造を説明するための図である。 図１０は、本開示の実施の形態２におけるレーザ溶接時の接合構造を説明するための図である。 図１１は、本開示の実施の形態３におけるレーザ溶接時の接合構造を説明するための図である。 図１２は、本開示の実施の形態３におけるレーザ溶接時の接合構造を説明するための図である。 図１３は、従来の異種材接合の形態を説明するための図である。

（本開示に至った経緯）
実施の形態の説明に先立ち、本開示に至った経緯を簡単に説明する。

従来の異種材の接合部材を、図１３を用いて説明する。かしめ時およびスポット溶接時に異種材２００の一部が変形して移動するスペースを確保するために、及び、スポット溶接時の電極４００の位置ズレ等による異種材２００の陥没等を防いで締結力低下の抑制を可能とするために、Ｒ（Ｒａｄｉｕｓ）形状の面取り３０や環状溝３１等の複雑なリベット形状が必要である。この場合、リベット５１の形状に精度が必要であり複雑な形状となる。そのため、リベット５１の加工に精密加工等が必要となり製造コストも高くなる。また、抵抗溶接であるスポット溶接であるので、加圧、通電、冷却、移動等に時間がかかるため作業時間が長くなる。また、スポット溶接時に、接合部材１００を両側から、スポット溶接を行う図示しない溶接ガンで挟みこむ必要があるので、接合部材１００の設計自由度が制限される。

また、隣のリベットに近接し過ぎるとスポット溶接の電流の分流が発生して抵抗溶接した溶接部に発生する溶接凝固した部分であるナゲット形成が不十分となる。そのため、分流せずに所望のナゲット形成が行える最小離間ピッチ以上の接合ピッチが必要となる。よって、最小離間ピッチ以下の接合ピッチでリベットを配置できず、必要箇所での接合の剛性増加ができないという課題があった。

本開示は、異種材接合を可能とし生産性を向上するレーザ溶接またはアーク溶接、プラズマ溶接用のシンプルな接合構造を提供する。

（実施の形態１）
本実施の形態について、図１から図９を用いて説明する。

図１及び図２は、接合部材であって、本開示に係る第１の同種系金属材である第１の材料１と、本開示に係る第２の同種系金属材である第３の材料３と、異種材の第２の材料２との接合構造を説明するための図である。

図６は、上板としての第３の材料３が円形状の構造のものを説明するための図である。図７は、上板としての第３の材料３が角形状の構造のものを説明するための図である。そして、図６および図７に示すＩ−Ｉ断面が、図１及び図２の断面位置に対応する。

図１は、材質が金属である第１の材料１および第３の材料３と、異種材の材質である第２の材料２との接合に際して、第１の材料１は第１の突起部８を有してる。そして、第１の材料１の第１の突起部８が、第３の材料３に設けられた第１の貫通穴１１と第２の材料２に設けられた第２の貫通穴１２に挿入されるように、第１の材料１と第３の材料３とで第２の材料２を挟み込む。ここで、第１の貫通穴１１は、本開示に係る第１の貫通部の一例であり、第２の貫通穴１２は、本開示に係る第２の貫通部の一例である。

第１の材料１の第１の突起部８が第２の材料２の第２の貫通穴１２および第３の材料３の第１の貫通穴１１に対して挿入されるので、第１の貫通穴１１、第２の貫通穴１２に対する位置ズレを抑制する効果があり、レーザ照射位置の目印及びビード形成位置の妥当性が目視で確認できる利点がある。

なお、第１の貫通部を第１の貫通穴１１、第２の貫通部を第２の貫通穴１２としているが、例えば貫通溝であっても良い。

また、なお、同種系金属材とは、互いに溶接可能な金属であり、同じ材質同士だけではなく、鉄系金属材同士、非鉄系金属材同士などの溶接接合性が、言い換えると、溶接の相性が良い同種系の材料とする。具体的には、溶接時の材料の組合せとしては、例えば、第１の材料１および第３の材料３では、軟鋼と軟鋼、軟鋼とステンレス、ステンレスとステンレス、軟鋼とハイテン（高張力鋼）、ハイテンとステンレス、ハイテンとハイテン等の鉄系金属材である。または、例えば、アルミとアルミ、アルミとアルミ合金、アルミ合金とアルミ合金等の非鉄金属である。

また、異種材としての第２の材料２は、同種系金属材としての第１の材料１および第３の材料３とは異なる材質の材料であり、同種系金属材に対して溶接が困難な材質である。例えば同種系金属材としての第１の材料１および第３の材料３をともに鉄系金属にした場合、異種材としての第２の材料２は、例えば銅材やアルミ材等の非鉄系金属である。また、第１の材料１および第３の材料３を金属材料とした場合、異種材としての第２の材料２は、例えば樹脂材としてのＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ、炭素繊維強化プラスチック）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等である。

第１の材料１および第３の材料３の溶接部形状は、第１の材料１の第１の突起部８と第３の材料３の第１の貫通穴１１を付き合わせた配置となる。第１の材料１の第１の突起部８が第２の材料２の第２の貫通穴１２へ挿入された状態で、同種系金属材としての第１の突起部８と異種材としての第２の貫通穴１２との隙間を、第１のギャップ６とする。また、同種系金属材としての第１の材料１の第１の突起部８の外縁部と同種系金属材としての第３の材料３の第１の貫通穴１１との隙間を、第２のギャップ７とする。第２のギャップ７は、基本的には同種系金属材としての第１の突起部８に対して同種系金属材としての第１の貫通穴１１が挿入可能な程度に小さくするが、第２のギャップ７の裕度としては、同種系金属材の板厚の最大２５％までが対応可能である。溶接状況は図６に示すように、レーザ４を板厚方向の上側から第１の材料１の第１の突起部８の外縁部と第３の材料３の第１の貫通穴１１の接し合う部分である円状の部分に沿って照射し、その結果形成されるビードは図１に示すように溶接部１０となる。

ここで、板厚方向とは、溶接前の状態において第１の材料１、第２の材料２および第３の材料３の主面に垂直な方向であり、図１において矢印で示す方向である。

次に、溶接時及び溶接後の異種材を挟む同種系金属材同士の第２のギャップ７について図１を用いて説明する。同種系金属材としての第１の材料１の第１の突起部８の外縁部と、第１の突起部８と対となり挿入される同種系金属材としての第３の材料３の第１の貫通穴１１の内縁部との対向部分である円状の部分に沿って、レーザ４を照射して突合せ溶接を行う。この溶接時において溶接部１０が形成される際に、同種系金属材の第１の材料１および第３の材料３が溶融結合し、溶融金属としての溶接部１０が凝固収縮する。そのため、第１の材料１の第１の突起部８と第３の材料３の第１の貫通穴１１との隙間である第２のギャップ７が縮小し、第１の材料１と第３の材料３が固定される。この第２のギャップ７の大きさは、板厚方向からレーザが照射される側の同種系金属材の板厚、または、同種系金属材としての第１の材料１および第３の材料３とのいずれか薄い方の板厚の最大２５％までが穴開き（溶接中の溶融金属の充填が不十分であるため、溶接部に少なくとも一つの開口穴が形成されること）などなく溶接できる距離となる。この第１の材料１および第３の材料３のいずれか薄い方の板厚の最大２５％の設定は、実験データにより導き出したものである。

同種系金属材としての第１の材料１および第３の材料３を軟鋼材、異種材としての第２の材料２を樹脂材料であるＰＥＴ材とする組合せにおいて、上下に重ね合わせた状態でレーザ出力３ｋＷで上側から第１の突起部８の外縁部と第３の材料３の第１の貫通穴１１の接し合う部分となる箇所、言い換えると篏合箇所である円状の部分に沿って溶接した場合の一例である。ちなみに、第１の材料１の第１の突起部８の外縁部および第３の材料３の第１の貫通穴１１の接し合う部分、言い換えると篏合箇所である溶接線のサイズを例えばφ１０ｍｍとし、円状に溶接したものである。

次に同種系金属材同士の篏合箇所の隙間としての、同種系金属材の板厚に応じた第２のギャップ７の裕度について述べる。例えば、第１の材料１および第３の材料３の板厚がｔ０．８ｍｍの場合では、第２のギャップ７は最大０．２ｍｍまでが穴開き（溶接中の溶融金属の充填が不十分であるため、溶接部に少なくとも一つの開口穴が形成されること）なく溶接可能である。第２のギャップ７が０．３ｍｍを超えると、接合箇所である溶接線の一部が穴開き状態となり、溶接不良となる。板厚がｔ２．３ｍｍの場合では、第２のギャップ７は最大０．５〜０．６ｍｍまでが穴開きなく溶接可能である。第２のギャップ７の板厚が０．７ｍｍを超えると溶接線の一部が穴開き状態となり、溶接不良となる。

これは、互いに同じ板厚とする場合、第１の材料１及び第３の材料３の板厚の最大２５％に相当する溶融金属が第１のギャップ６に落ち込んでも穴開きがなく接合できることを示している。なお、互いに異なる板厚の場合では、第１の材料１及び第３の材料３の板厚の少なくとも薄い方の板厚の最大２５％に相当する溶接時の溶融金属が第１のギャップ６に落ち込んでも穴開きがなく接合できるものである。第１の材料１及び第３の材料３の少なくとも薄い方の板厚の最大２５％を超える第２のギャップ７になると、第２のギャップ７の隙間が大きくなり、この隙間を埋めるために必要な溶融金属量を確保できないため、一部穴開きという状態を発生させてしまうのである。

次に、溶接時及び溶接後の同種系金属としての第１の材料１の第１の突起部８と異種材としての第２の材料２の第２の貫通穴１２との隙間である第１のギャップ６について図１を用いて説明する。レーザ４を第１の材料１の第１の突起部８の外縁部と第３の材料３の第１の貫通穴１１の接し合う部分となる箇所である円状の部分の溶接線に沿って溶接を行う。この溶接時に溶接部１０が形成される際に同種系金属材としての第１の材料１および第３の材料３が溶融結合し、溶融金属としての溶接部１０が凝固収縮するため、第１の材料１の第１の突起部８と第３の材料３の第１の貫通穴１１との隙間である第２のギャップ７が縮小して固定し、異種材としての第２の材料２を挟み込んだ状態で固定することができる。第１の材料１の突起部８（穴なし）と第２の材料２の第２の貫通穴１２との隙間を第１のギャップ６とする。

第１の材料１の第１の突起部８と第３の材料３の第１の貫通穴１１の接し合う部分にレーザ４が板厚方向から照射され、この第１の材料１の第１の突起部８と第３の材料３の第１の貫通穴１１とが溶融結合する部分である溶接部１０から間接的に伝達される溶接入熱により異種材としての第２の材料２が軟化溶融する。すなわち、溶接時の第１の同種系金属材である第１の材料１の溶接入熱で異種材である第２の材料の第２の貫通穴１２が間接的に入熱されて軟化溶融する。このような異種材の軟化溶融には、同種系金属材としての第１の材料１の第１の突起部８と異種材としての第２の材料２の第２の貫通穴１２との位置関係としての隙間である第１のギャップ６が重要である。

第１の貫通穴１１に対して、第１の突起部８の外縁部との隙間である第１のギャップ６が適正な範囲では、同種系金属材としての第１の材料１および第３の材料３による溶接入熱の熱影響を受けて溶融した異種材としての第２の材料２が第１のギャップ６に流れ込み、同種系金属材の第１の材料１および第３の材料３と異種材の第２の材料２の第２の貫通穴１２の内面とによる密着固定も可能となる。

異種材としての第２の材料２の第２の貫通穴１２に対して、同種系金属材としての第１の材料１の第１の突起部８の外縁部の隙間である第１のギャップ６が小さい状態で、同種系金属材の第１の材料１の第１の突起部８および第３の材料３の第１の貫通穴１１とを溶接する。この溶接時に、同種系金属材の第１の材料１および第３の材料３の接し合う部分の溶接線へのレーザ４の照射による溶接時の溶接入熱の間接的な熱影響を受けて、溶融した異種材としての第２の材料２が、第１の材料１の第１の突起部８の外縁部と第２の材料２の第２の貫通穴１２との隙間である第１のギャップ６に流れ込む。異種材が樹脂などの沸点が低い材料の場合で、第１のギャップ６の大きさにより、第１の材料１の第１の突起部８と第２の材料２の第２の貫通穴１２とが小さく近すぎる場合であれば、同種系金属材へのレーザ４の照射による溶接時の溶接入熱の間接的な熱影響を受けすぎて、異種材の樹脂が気化して噴き出すことで溶接不良となることもある。よって、第１のギャップ６の大きさにより同種系金属材の第１の材料１及び第３の材料３の溶接入熱の熱影響を受け、異種材としての第２の材料２の第２の貫通穴１２の溶融状態が変化する。

許容される第１のギャップ６の大きさは、異種材の第２の材料２の材質により異なるため、実験データにより導き出したものである。

その一例として、実験データの一例を図５に示す。

図５は、異種材としての第２の材料２の材質と第１のギャップ６との関係を測定した結果を表すグラフである。

図５は、異種材としての第２の材料２を樹脂材料であるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）材とＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）材、非鉄金属であるＡ５０００系のアルミ合金材とした場合の実験データである。

同種系金属としての第１の材料１および第３の材料３を軟鋼材の板厚をｔ１．６ｍｍとし、これらの間に板厚ｔ２．０ｍｍの異種材の第２の材料２として、樹脂材料の一例であるＰＥＴ材、樹脂材料の中でも繊維強化樹脂の一例であるＣＦＲＰ材、非鉄金属材の一例であるＡ５０００系のアルミ合金材の各種材料のいずれか一つを挟み、上下に同種系金属材を重ね合わせた状態にして、レーザ出力３ｋＷで板厚方向の上側から第１の材料１の第１の突起部８と第３の材料３の第１の貫通穴１１の接し合う部分の溶接線に円状に溶接した場合の一例である。ちなみに、同種系金属材の第１の材料１の第１の突起部８の外縁部および第３の材料３の第１の貫通穴１１の接し合う部分となる溶接線の箇所はφ１０ｍｍとし、これに沿って円状軌跡でレーザ４を板厚方向から照射して溶接した場合の、異種材の第２の材料２の材質に応じた、第２の貫通穴１２の第１のギャップ６の適正範囲を求めた表である。

例えば、ＰＥＴ材の場合では、第１のギャップ６は０．５ｍｍ以上、すなわち、第１のギャップ６が異種材である第２の材料２の板厚の２５％以上であれば、ＰＥＴ材を気化させずに穴開きなく溶接可能である。第１のギャップ６が０．５ｍｍを下回ると、すなわち、第１のギャップ６が異種材である第２の材料２の板厚の２５％を下回ると、溶接線の一部がＰＥＴ材の溶融、気化により穴開き状態となり、溶接不良となることがある。

ＣＦＲＰ材の場合では、第２のギャップ７は０．４ｍｍ以上、すなわち、第１のギャップ６が異種材である第２の材料２の板厚の２０％以上であれば、ＣＦＲＰ材の気化をさせずに穴開きなく溶接可能である。第２のギャップ７が０．４ｍｍを下回ると、すなわち、第１のギャップ６が異種材である第２の材料２の板厚の２０％を下回ると、溶接線の一部がＣＦＲＰ材の溶融、気化により穴開き状態となり、溶接不良となることがある。

なお、第１の突起部８を第２の貫通穴１２に対して挿入するためには、第２の貫通穴１２の第１のギャップ６は、例えば０ｍｍよりも大きく、第１の突起部８を第２の貫通穴１２に対して挿入するのに必要な大きさ以上あれば良い。

非鉄金属のＡ５０００系のアルミ合金材では、第１のギャップ６は、第１の突起部８を第２の貫通穴１２に対して挿入するために必要な大きさでも、Ａ５０００系のアルミ合金材を気化させずに穴開きなく溶接可能である。

上記内容は、第２の材料２の材質による違いの一例を示した実験データであるが、樹脂材料であれば、ＰＥＴ材とほとんど同じような傾向にある。また、樹脂材料の中でも、ＣＦＲＰ材のような繊維強化樹脂であれば、ＣＦＲＰ材と同じような傾向にある。

したがって、第２の材料２の樹脂材料の融点や沸点などの特性により、溶接時の許容される第１のギャップ６の大きさにより違いが出てくるものである。

なお、異種材の第２の貫通穴１２と同種系材の第１の突起部８との隙間である第１のギャップ６は、異種材が例えば樹脂材料の場合は２．０ｍｍ以上、ＣＦＲＰの場合は１．５ｍｍ以上と大きくなり離れすぎると、異種材の第２の材料２の第２の貫通穴１２が溶接部１０の溶接入熱を受け難くなり溶融しないため、同種系金属材の第１の材料１の第１の突起部８の外周部側へ異種材の第２の材料２が流動して密着固定することが困難となり、同種系金属材の第１の材料１と第３の材料３とによる異種材の第２の材料２を間に挟んだ板厚方向の固定のみの効果となる。

また、非鉄金属であれば、Ａ５０００系のアルミ合金材と同様に熱影響を受けることはないので、他の非鉄金属でもほとんど同じような傾向にあり、第２の材料２が溶融して気化するほどの熱影響は受けることはないと言える。

なお、図示しないクランプ固定の治具や位置決めピンやロボットアームによる支持位置決めの方式等を用いて、同種系金属材の第１の突起部８に対して、挿入される異種材の第２の貫通穴１２、および第３の材料３の第１の貫通穴１１の位置決めを行っても良い。

本実施例では、第１の材料１に第１の突起部８で説明してきたが、図２のように、第３の貫通部としての第３の貫通穴９を先端に有する第１の突起部８Ａの場合も同様で、同種系金属材としての第１の突起部８Ａに対して異種材としての第２の材料２の第２の貫通穴１２と第３の材料３の第１の貫通穴１１を順に挿入し、同種系金属材である第１の材料１及び第３の材料３で異種材の第２の材料２を挟み込むように配置することもできる。

また、図１及び図２では、第１の材料１の第１の突起部（８、８Ａ）の先端と第３の材料３の第１の貫通穴１１の上面は、同じ高さとしていたが、図３から図４のように、第１の材料１の第１の突起部（８、８Ａ）の先端を第３の材料３の第１の貫通穴１１の上面より突出したものであってもよい。突出した構造にすることにより、溶接時の放熱性が向上し、熱容量を広げられ、さらにレーザ４の照射角度が斜め方向に変えることで溶接時における異種材の第２の材料２への熱の伝わりを緩和することができる。これにより、許容される第１のギャップ６の大きさが相対的に緩和されるため、溶接結果の裕度を上げることができるものである。具体的には、第１の材料１の第１の突起部８の先端を第３の材料３の第１の貫通穴１１の上面より突出した突出し長さ１５としては、３〜５ｍｍ以上とする。これにより、第１の突起部８の突起先端である突出した側への熱容量が増え、溶接時の放熱性が向上する。さらに、レーザ４の照射の角度を容易に第１の突起部８側に向けて傾けることが可能となり、溶接時の溶接入熱からの異種材の第２の材料への入熱を緩和する効果を出すことができる。この場合でも、図３のように第１の材料１の先端に貫通穴を有しない第１の突起部８ではなく、図４のように第３の貫通部としての第３の貫通穴９を先端に有する第１の突起部８Ａとした場合も同様である。このように、第１の突起部８Ａと、異種材の第２の材料２の第２の貫通穴１２と、同種系金属材の第３の材料３の第１の貫通穴１１とを順に重ねることで、第１の突起部８Ａの外縁を第１の貫通穴１１と第２の貫通穴１２に対して挿入する。そして、同種系金属材の第１の材料１および第３の材料３で、異種材の第２の材料２を挟み込むような配置とすることもできる。

また、図６にはレーザ４を円状に照射する溶接方法を示しているが、図７には、レーザ４を円状に照射する以外の実施例を示す。図７は、同種系金属材の第１の材料１および第３の材料３と異種材の第２の材料２との接合構造において、板厚方向の上板としての第３の材料３の形状が角形状の場合である。レーザ４の照射による溶接時の溶接箇所である溶接部１０に求められる強度が方向性を持つ場合、言い換えると必要な接合強度分布を持つ場合、必要とする接合強度が高い方向に沿うように、同種系金属材の第１の材料１と第３の材料３との突起部の接合箇所の形状を、例えば角形状の長尺形状の長手側（例えばＷ１）を配置するようにすることで、大きな角形状の正方形状の第１の突起部８を用いる場合に比べて面積を縮小できる。

さらに接合強度を高めるための実施例や、位置決めを容易とする実施例を図８に示す。

図８は接合時の引張強度を高めるように、異種材である第２の材料２を同種系金属材である第１の材料１と段状に折り曲げた第３の材料３とで挟み込む構造である。異種材の第２の材料２を挟んだ同種系金属材の第１の材料１の第１の突起部８と第３の材料３の第１の貫通穴１１の接合箇所である溶接部１０とは別の接合箇所である溶接部１０Ａで直接接合することが可能な構造部品例である。これにより引張時に、溶接部１０と溶接部１０Ａとに応力が分散する。そのため、溶接部１０に集中して応力がかかることを抑制できる。これにより、接合構造の強度を高めることが可能となる。

また、図８において、第３の材料３は、第２の材料２を位置決めする機能を兼ねている。具体的には、異種材である第２の材料２を、段状に折り曲げた第３の材料３の段差部分に当接し、第１の材料１と第３の材料３とで挟み込む構造とすることで、第２の材料２を容易に位置決めすることができる。

ちなみに、本実施の形態における溶接方式は、レーザ４の照射によるレーザ溶接で記載してきたが、図９に示すようなアーク溶接トーチ１６を用いたアーク溶接やプラズマ溶接（図示なし）でも良い。

（実施の形態２）
次に、本実施の形態２について、図１０を用いて説明する。実施の形態１と重複する部分は説明を省略する。実施の形態１と異なる点は、第１の材料１の第１の突起部８や第３の材料３の第１の貫通穴１１に接し合う箇所（篏合箇所）よりも板厚方向に直交する方向の外側または異種材の第２の貫通穴１２より板厚方向に直交する方向の外側で、同種系金属材の板厚方向に貫通する複数個の排出穴１４または排出溝を設けたことである。排出穴１４および排出溝は、本開示に係る排出部の一例である。

異種材の第２の材料２が融点、沸点の低い樹脂材料などの場合、溶接時の溶接入熱により、第２の材料２が溶融し、溶接部１０に流れ込むと気化して穴開きなどの溶接不良を発生することがある。かかる場合に、この排出穴１４を、異種材を挟んで接合固定する同種系金属材に設けることで、レーザ４の照射による溶接時の溶接部１０への溶融した第２の材料２の流れ込みを防ぎ、外部への排出を促す利点がある。

本実施例では、排出穴１４を異種系金属材の第３の材料３側に設けたが第１の材料１側に排出穴１４を設けても良いし、両側に設けても良い。また、排出穴１４ではなく、例えば長尺の排出溝でも良い。

（実施の形態３）
次に、本実施の形態３について、図１１および図１２を用いて説明する。実施の形態１と重複する部分は説明を省略する。実施の形態１と異なる点は、上板となる第３の材料３の形状を、先端に第４の貫通部としての第４の貫通穴１７を設けた第２の突起部１３に変更した点である。

図１１に示す、本実施の形態の接合構造は、一方の第１の材料１に、第１の突起部８を設け、他方の第３の材料３に、第１の突起部８の径または幅より大きく対となる第４の貫通穴１７を突起の先端に設けた第２の突起部１３を有する互いに溶接が可能な複数の同種系金属材を備える。またさらに、この同種系金属材に対して溶接が困難で、第２の突起部１３の径または幅より大きく径方向また幅方向の所定の第１のギャップ６を有する第２の貫通穴１２を設けた異種材の第２の材料２を備えた接合構造である。第３の材料３の第２の突起部１３の外縁が第２の材料２の第２の貫通穴１２に対して挿入されるようにして、第１材料の第１の突起部８の外縁が、第３の材料３の第４の貫通穴１７の内縁に対して挿入して、異種材の第２の材料２を同種系金属材の第１の材料１および第３の材料３にて挟み、同種系金属材の一方の第１の突起部８と他方の第２の突起部１３との接し合う部分の篏合箇所を板厚方向から溶接して同種系金属材を互いに溶融結合して異種材が圧縮固定されることにより、同種系金属材の第１の材料１および第３の材料３と異種材の第２の材料２とを固定するものである。

また、図１２に示す、本実施の形態の接合構造は、一方の第１の材料１に、先端に第３の貫通穴９を有する第１の突起部８Ａを有し、他方の第３の材料３に、第２の突起部１３を有した互いに溶接が可能な複数の同種系金属材を備える。またさらに、この同種系金属材に対して溶接が困難で、第１の突起部８Ａの外縁の径または幅より大きい第１のギャップ６を有した第２の貫通穴１２を設けた異種材の第２の材料２を備えた接合構造である。

第１の材料１の第１の突起部８Ａの外縁が第２の材料２の第２の貫通部１２に対して挿入され、第３の材料３の第２の突起部１３の外縁が第２の材料２の第２の貫通穴１２に対して、間接的に挿入されるように、第１の材料１の第１の突起部８Ａの第３の貫通穴９に、第３の貫通穴９より小さい、第２の材料２の第２の突起部１３の外縁を挿入して、異種材の第２の材料２を同種系金属材の第１の材料１および第３の材料３にて挟み、同種系金属材の一方の第１の材料１の第１の突起部８Ａと他方の第３の材料３の第２の突起部１３との接し合う部分の篏合箇所を板厚方向から溶接して同種系金属材を互いに溶融結合して異種材が圧縮固定される。これにより、同種系金属材の第１の材料１および第３の材料３と異種材の第２の材料２とを固定するものである。

また、同種系金属材の第１の材料１の第１の突起部８の外縁部と第３の材料３の突起の先端に第４の貫通穴１７を有する第２の突起部１３の内縁部と接し合う部分の篏合箇所を、または、同種系金属材の第１の材料１の第１の突起部８の内縁部と第３の材料３の第２の突起部１３の外縁部と接し合う部分の篏合箇所を、板厚方向の上板側および／または下板側からの少なくとも片側から、互いに溶融結合する。この場合、レーザ４を照射し貫通するようなキーホール型の溶接が好ましい。そして、間に挟まれた異種材の第２の材料２が同種系金属材の第１の材料１および第３の材料３に対して固定されることにより、異種材と同種金属材と、を固定する接合構造である。これにより間に挟む異種材の第２の材料２への溶接時の溶接入熱の熱影響を抑制して安定して溶接できる。

また、板厚方向に重ねられた上板としての第３の材料３と下板としての第１の材料１を板厚方向両側、言い換えると上下方向の両側からであっても、溶接できる構造により、接合強度が更に強くすることができる。

なお、強度に問題なれれば、板厚方向としての上下方向からの溶接ではなく、いずれか片側からの溶接でも問題はない。

なお、同種系金属材における、上板としての第３の材料３と下板としての第１の材料１とを上下を入れ替えて、異種材としての第２の材料２を間に挟んで、板厚方向の少なくともいずれか片側から第１の材料１と第３の材料３とが接し合う部分の篏合箇所に向けてレーザ４を照射して同種系金属材と異種材とを接合固定してもよい。

（まとめ）
従来の異材接合用部材としてのリベットは、かしめ時およびスポット溶接時に異種材料の一部が変形して移動するスペースの確保及びスポット溶接時の電極の位置ズレ等による異種材の陥没等を防いで締結力低下の抑制を可能とするために、Ｒ形状の面取りや環状溝等の複雑なリベット形状が必要であった。

この場合、リベット形状に精度が必要であり複雑な形状となる。そのため、リベットの加工に精密加工が必要となり製造コストも高くなる。また、スポット溶接であるので、加圧、通電、冷却、移動等に時間がかかるため生産性が低い上に、両側から挟みこむ必要があるので接合部材の設計自由度が制限される。また、隣のリベットに近過ぎるとスポット溶接の電流の分流が発生して、抵抗溶接した溶接部に発生する溶接凝固した部分であるナゲット形成が不十分となる。そのため、所望のナゲット形成が行える最小限以上の接合のピッチの間隔が必要となる。よって、必要箇所での接合の剛性を増加できないという課題があった。本開示により、従来の課題を解決することができる。

以上のように、実施の形態に係る接合構造は、第１の突起部８を有する第１の同種系金属材と、第１の突起部８の径または幅より大きく第１の突起部８と対となる第１の貫通穴１１が設けられ、第１の同種系金属材と互いに溶接が可能な第２の同種系金属材と、第１の同種系金属材および第２の同種系金属材に対して溶接が困難で、第１の突起部８の径または幅より大きく径方向また幅方向に第１のギャップ６を有する第２の貫通穴１２が設けられた異種材とを備える。第１の同種系金属材の第１の突起部８は、異種材の材質に応じた第１のギャップ６を有する異種材の第２の貫通穴１２に対して挿入され、さらに第２の同種系金属材の第１の貫通穴１１に対して挿入され、異種材は第１の同種系金属材と第２の同種系金属材に挟まれる。第１の同種系金属材の第１の突起部８の外縁部と第２の同種系金属材の第１の貫通穴１１の内縁部とが溶接され、第１の同種系金属材と第２の同種系金属材とが互いに溶融結合して異種材が圧縮固定されることにより、第１の同種系金属材および第２の同種系金属材と異種材とが固定されている。

この接合構造を用いると、複雑で精度が必要な構造部品は不要となる。さらに、スポット溶接ではなくレーザ溶接を用いるので、溶接を含めた作業時間がスポット溶接に対して約２５％に短縮でき、著しく生産性を向上する。また、必要箇所での剛性を増加させ、設計自由度を拡げることも可能となる。

上述の接合構造において、異種材が第１の同種系金属材と第２の同種系金属材とに挟まれた状態において、第１の貫通穴１１に対して第１の突起部８の先端が突出して、第１の同種系金属材と第２の同種系金属材とが溶融結合されていてもよい。

また、上述の接合構造において、第１の突起部８Ａの先端には第３の貫通穴９が設けられていてもよい。

あるいは、実施の形態に係る接合構造は、第１の突起部８を有する第１の同種系金属材と、第１の突起部８の径または幅より大きく第１の突起部８と対となる第４の貫通穴１７が先端に設けられた第２の突起部１３を有し、第１の同種系金属材と互いに溶接が可能な第２の同種系金属材と、第１の同種系金属材および第２の同種系金属材に対して溶接が困難で、第２の突起部１３の径または幅より大きく径方向また幅方向に第１のギャップ６を有する第２の貫通穴１２が設けられた異種材とを備える。第２の突起部１３の外縁が異種材の第２の貫通穴１２に対して挿入され、第１の同種系金属材の第１の突起部８の外縁が、第４の貫通穴１７の内縁に対して挿入され、異種材は第１の同種系金属材と第２の同種系金属材に挟まれている。第１の同種系金属材の第１の突起部８と第２の突起部１３との接し合う部分の篏合箇所が板厚方向から溶接され、第１の同種系金属材と第２の同種系金属材とが互いに溶融結合して異種材が圧縮固定されることにより、第１の同種系金属材および第２の同種系金属材と異種材とが固定されている。

あるいは、実施の形態に係る接合構造は、先端に第３の貫通穴９が設けられた第１の突起部８Ａを有する第１の同種系金属材と、第２の突起部１３を有し、第１の同種系金属材と互いに溶接が可能な第２の同種系金属材と、第１の同種系金属材および第２の同種系金属材に対して溶接が困難で、第１の突起部８Ａの外縁の径または幅より大きく第１のギャップ６を有する第２の貫通穴１２が設けられた異種材とを備える。第１の突起部８Ａの外縁が第２の貫通部１２に対して挿入され、第２の突起部１３の外縁が第２の貫通穴１２に対して、間接的に挿入され、第１の突起部８Ａの第３の貫通穴９に対して、第３の貫通穴９より小さい第２の突起部１３の外縁が挿入され、異種材は第１の同種系金属材と第２の同種系金属材に挟まれている。第１の同種系金属材の第１の突起部８Ａと第２の突起部１３との接し合う部分の篏合箇所が板厚方向から溶接され、第１の同種系金属材と第２同種系金属材とが互いに溶融結合して異種材が圧縮固定されることにより、第１の同種系金属材および第２の同種系金属材と異種材とが固定されている。

異種材の第２の貫通穴１２は、第１の突起部８または第２の突起部１３の外周側に密着固定可能に流動していてもよい。

異種材の第２の貫通穴１２より外側に対応する位置に、板厚方向へ貫通する排出穴１４が、異種材を挟む第１の同種系金属材および第２の同種系金属材の少なくとも一方に設けられていてもよい。

第１の同種系金属材と第２の同種系金属材とを互いに溶接して溶融接合する溶接の溶接方式はレーザ溶接、アーク溶接、プラズマ溶接の少なくとも一つであってもよい。

本開示に係る接合構造は、異材接合に際し、シンプルな構造で生産タクトタイムを大幅に短縮し、必要箇所での剛性を増加させることができる。そして、接合部材の設計自由度を拡げる接合構造として産業上有用である。

１ 第１の材料（第１の同種系金属材）
２ 第２の材料（異種材）
３ 第３の材料（第２の同種系金属材）
４ レーザ
６ 第１のギャップ
７ 第２のギャップ
８，８Ａ 第１の突起部
９ 第３の貫通穴（第３の貫通部）
１０，１０Ａ 溶接部
１１ 第１の貫通穴（第１の貫通部）
１２ 第２の貫通穴（第２の貫通部）
１３ 第２の突起部
１４ 排出穴（排出部）
１５ 突出し長さ
１６ アーク溶接トーチ
１７ 第４の貫通穴（第４の貫通部）

Claims (9)

1. 第１の突起部を有する第１の同種系金属材と、
   前記第１の突起部の径または幅より大きく前記第１の突起部と対となる第１の貫通部が設けられ、前記第１の同種系金属材と互いに溶接が可能な第２の同種系金属材と、
   前記第１の同種系金属材および前記第２の同種系金属材に対して溶接が困難で、前記第１の突起部の径または幅より大きく径方向また幅方向に第１のギャップを有する第２の貫通部が設けられた異種材とを備えた接合構造であって、
   前記第１の同種系金属材の前記第１の突起部は、前記異種材の材質に応じた前記第１のギャップを有する前記異種材の前記第２の貫通部に対して挿入され、さらに前記第２の同種系金属材の前記第１の貫通部に対して挿入され、前記異種材は前記第１の同種系金属材と前記第２の同種系金属材に挟まれ、
   前記第１の同種系金属材の前記第１の突起部の外縁部と前記第２の同種系金属材の前記第１の貫通部の内縁部とが溶接され、前記第１の同種系金属材と前記第２の同種系金属材とが互いに溶融結合して前記異種材が圧縮固定されることにより、前記第１の同種系金属材および前記第２の同種系金属材と前記異種材とが固定されている接合構造。
2. 前記異種材が前記第１の同種系金属材と前記第２の同種系金属材とに挟まれた状態において、
   前記第１の貫通部に対して前記第１の突起部の先端が突出して、前記第１の同種系金属材と前記第２の同種系金属材とが溶融結合されている請求項１に記載の接合構造。
3. 前記第１の突起部の先端には第３の貫通部が設けられている請求項１または２に記載の接合構造。
4. 第１の突起部を有する第１の同種系金属材と、
   前記第１の突起部の径または幅より大きく前記第１の突起部と対となる第４の貫通部が先端に設けられた第２の突起部を有し、前記第１の同種系金属材と互いに溶接が可能な第２の同種系金属材と、
   前記第１の同種系金属材および前記第２の同種系金属材に対して溶接が困難で、前記第２の突起部の径または幅より大きく径方向また幅方向に第１のギャップを有する第２の貫通部が設けられた異種材とを備えた接合構造であって、
   前記第２の突起部の外縁が前記異種材の前記第２の貫通部に対して挿入され、前記第１の同種系金属材の前記第１の突起部の外縁が、前記第４の貫通部の内縁に対して挿入され、前記異種材は前記第１の同種系金属材と前記第２の同種系金属材に挟まれ、
   前記第１の同種系金属材の前記第１の突起部と前記第２の突起部との接し合う部分の篏合箇所が板厚方向から溶接され、前記第１の同種系金属材と前記第２の同種系金属材とが互いに溶融結合して前記異種材が圧縮固定されることにより、前記第１の同種系金属材および前記第２の同種系金属材と前記異種材とが固定されている接合構造。
5. 先端に第３の貫通部が設けられた第１の突起部を有する第１の同種系金属材と、
   第２の突起部を有し、前記第１の同種系金属材と互いに溶接が可能な第２の同種系金属材と、
   前記第１の同種系金属材および前記第２の同種系金属材に対して溶接が困難で、前記第１の突起部の外縁の径または幅より大きく第１のギャップを有する第２の貫通部が設けられた異種材とを備えた接合構造であって、
   前記第１の突起部の外縁が前記第２の貫通部に対して挿入され、
   前記第２の突起部の外縁が前記第２の貫通部に対して、間接的に挿入され、前記第１の突起部の前記第３の貫通部に対して、前記第３の貫通部より小さい第２の突起部の外縁が挿入され、前記異種材は前記第１の同種系金属材と前記第２の同種系金属材に挟まれ、
   前記第１の同種系金属材の前記第１の突起部と前記第２の突起部との接し合う部分の篏合箇所が板厚方向から溶接され、前記第１の同種系金属材と前記第２同種系金属材とが互いに溶融結合して前記異種材が圧縮固定されることにより、前記第１の同種系金属材および前記第２の同種系金属材と前記異種材とが固定されている接合構造。
6. 前記異種材の第２の貫通部は、前記第１の突起部の外周側に密着固定可能に流動する請求項１または５に記載の接合構造。
7. 前記異種材の第２の貫通部は、前記第２の突起部の外周側に密着固定可能に流動する請求項４に記載の接合構造。
8. 前記異種材の第２の貫通部より外側に対応する位置に、板厚方向へ貫通する排出部が、前記異種材を挟む前記第１の同種系金属材および前記第２の同種系金属材の少なくとも一方に設けられたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の接合構造。
9. 前記第１の同種系金属材と前記第２の同種系金属材とを互いに溶接して溶融接合する前記溶接の溶接方式はレーザ溶接、アーク溶接、プラズマ溶接の少なくとも一つである請求項１から８のいずれか１項に記載の接合構造。